DISPOSITIVO DE CABEZAL PARA MAQUINAS HERRAMIENTAS AUTOMATICAS CON ROTACION DE UN SEGUNDO EJE INCLINADO EN UN ANGULO DE 45 GRADOS RESPECTO DE UN PRIMER EJE,Y UNA UNIDAD DE MANDRIL MECANICO INTERCAMBIABLE CON UNA UNIDAD DE MANDRIL MOTORIZADO DE ALTA VELOCIDAD.

Dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas con rotación de un segundo eje inclinado en un ángulo de 45° respecto de un primer eje,

y una unidad de mandril mecánico intercambiable con una unidad de mandril motorizado de alta velocidad.La invención se refiere a un dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas que comprende una primera parte que gira alrededor de un eje paralelo al soporte principal de la máquina herramienta, mientras que una segunda parte gira alrededor de la primera, en un plano inclinado a 45°. La salida de la segunda parte tiene un plano paralelo o normal al eje del soporte principal, que está equipada con conectores para la transmisión de señales eléctricas e hidráulicas, anillos con dentado frontal de referencia y sistemas de bloqueo de modo que se puede acoplar un mandril mecánico o un mandril que incorpora un motor. Esto permite que la máquina herramienta sea usada para mecanizar materiales muy resistentes con elevada producción de viruta (mandril mecánico), o para mecanizados de alta velocidad (mandril motorizado).Aplicable a máquinas herramienta

Dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas con rotación de un segundo eje inclinado en un ángulo de 45º respecto de un primer eje, y una unidad de mandril mecánico intercambiable con una unidad de mandril motorizado de alta velocidad.

Esta invención se refiere a un dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas que comprende una primera parte que gira alrededor de un eje paralelo al soporte principal de la máquina herramienta, mientras que una segunda parte gira alrededor de la primera en un plano inclinado a 45º. El giro de la segunda parte es controlado por un motor de corriente continua con una transmisión por engranajes y dispositivos de tipo conocido para la eliminación del juego mecánico.

La salida de la segunda parte tiene un plano paralelo o normal al eje del soporte principal, que está equipado con conectores para la transmisión de señales eléctricas e hidráulicas, anillos con dentado frontal de referencia y sistemas de bloqueo de modo que se puede acoplar un mandril mecánico que es impulsado por un tren de elevado par de torsión, o un mandril que incorpora un motor que comprende un rotor integral con el mandril y un estator integral con el portamandril intercambiable, según los requisitos de funcionamiento. Esta característica permite que la máquina herramienta automática sea usada para mecanizar materiales muy resistentes tales como titanio y acero o para realizar operaciones de desbaste de velocidad media con elevada producción de viruta, por ejemplo mecanizado de moldes (mandril mecánico), o para un mecanizado de alta velocidad de aleaciones ligeras u operaciones de acabado de alta velocidad en cualquier tipo de material (mandril motorizado).

Esta invención permite un uso dual de la máquina, sin necesidad de reemplazar el cabezal completo con el primer eje, el segundo eje y el mandril, como es el caso de muchos dispositivos conocidos, en los que el cambio del mecanizado de potencia al mecanizado de alta velocidad requiere el reemplazo de toda la unidad de cabezal.

La ventaja de esta invención es que los tiempos y costes de funcionamiento son un 80% más bajos que con sistemas conocidos.

Las máquinas herramientas automáticas usadas para fresado comprenden un soporte que se mueve a lo largo de un conjunto de tres ejes ortogonales, un dispositivo de cabezal con dos grados de libertad que incorpora una unidad de mandril que se acopla a dicho soporte. La unidad de mandril puede comprender un mandril mecánico o un mandril motorizado, a los que se acoplan las herramientas necesarias para el mecanizado según se requiera.

La estructura y características de dichos dispositivos cabezales varían sustancialmente, dependiendo de si están diseñados para realizar un mecanizado de potencia con una herramienta de elevada producción de viruta en materiales duros, como acero o titanio, que gira relativamente a reducida velocidad de 10 a 1000 rpm con un máximo de 3000 rpm, retirando grandes cantidades de material muy duro y generando en consecuencia elevadas fuerzas de reacción y vibraciones sobre la estructura de la máquina herramienta.

Por el contrario, cuando se va a realizar trabajo de acabado en las mismas piezas, o mecanizado simple o complejo en aleaciones ligeras, la herramienta debe girar a altas velocidades, de 4-5000 a 20-30.000 rpm, con baja o media generación de viruta y fuerzas de reacción muy reducidas

Dichos mandriles motorizados también son usados para operaciones de desbaste y operaciones de acabado de alta velocidad en materiales ligeros, principalmente aluminio.

Los esfuerzos a los que está sujeta la herramienta durante estos tipos diferentes de mecanizado, que se transmiten a la estructura y a los dispositivos aguas arriba, requieren el uso de mandriles con diferentes características y dimensiones, lo cual significa que se deben fabricar diferentes dispositivos de cabezal.

Básicamente, según el presente estado de la técnica, el cambio del mecanizado de potencia al mecanizado de alta velocidad sólo se puede efectuar mediante el reemplazo de todo el dispositivo de cabezal, a un coste muy alto.

Todo esto significa un aumento en los costes generales, debido a tiempos de fabricación más largos, la necesidad de dos o más dispositivos de cabezal completos con los enlaces asociados, o incluso dos o más máquinas por separado, que se usen para el mecanizado de potencia con un elevado par de torsión a velocidad baja/media para el desbaste, y a alta velocidad para el acabado y/o el mecanizado de aleaciones ligeras y otras operaciones complementarias.

Dicho problema es solucionado ahora por la presente invención, que se refiere a un dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas en las que la unidad de mandril es separable e intercambiable con la segunda parte, que puede girar ±360º en un ángulo de 45º con respecto a la primera parte, que a su vez puede girar ±360º con respecto al soporte principal.

Esta arquitectura particular, en la que la segunda parte que sujeta los diversos mandriles intercambiables se monta en un ángulo de 45º con respecto a la primera parte, permite que los esfuerzos de mecanizado se transmitan directamente sobre el soporte principal, con la ventaja adicional de que es posible cambiar del mecanizado de eje horizontal al mecanizado de eje vertical meramente girando el segundo eje 180º, sin la interferencia y pérdida de recorrido que presentan unidades en las que el cabezal de sujeción del mandril se monta en el centro de una horquilla, o el mandril se monta en una configuración que sobresale como en el caso de cabezales con 2 ejes y un solo hombro.

En estos casos, siempre habrá una pérdida de espacio libre de trabajo igual a la distancia entre el segundo eje de rotación y la parte frontal del mandril, generalmente llamada "punto de pivote", que fuerza al fabricante de la máquina a aumentar el recorrido con respecto a los ejes lineales de la máquina herramienta automática al doble del valor del punto de pivote, para asegurar que el mandril cubra todo el campo de funcionamiento. Todo esto aumenta aún más los costes.

Otro factor muy importante es que el giro combinado de la primera y segunda parte de acuerdo con las fórmulas trigonométricas conocidas hace posible que el eje del mandril se oriente de forma continua en el espacio, permitiendo de ese modo el mecanizado con 5 ejes simultáneos en partes de cualquier forma o tamaño, sin interferencia y con la posibilidad de realizar un mecanizado de potencia a bajas rpm y elevado par de torsión, y pasando al mecanizado de alta velocidad meramente cambiando la unidad de mandril.

Una ventaja adicional de esta invención es que en el caso de mantenimiento de una de las unidades de mandril no hay necesidad de que toda la máquina sea puesta fuera de servicio puesto que, con el cambio automático de las unidades de mandril, la máquina herramienta automática puede seguir funcionando sin el tiempo de inactividad (a veces hasta 15 días) considerado normal por los usuarios finales de la máquina.

Esta invención se describirá ahora en detalle, a modo de ejemplo pero no de limitación, mediante la referencia a las figuras anexas en las que:

• La Figura 1 ilustra en sección transversal un cabezal a 45º según la invención, con la unidad de mandril mecánico posicionada verticalmente;

• La Figura 2 muestra la vista frontal del cabezal a 45º de la figura 1, que ilustra la disposición de los conectores para bloquear las diversas unidades de mandril y los conectores hidráulicos y eléctricos asociados que controlan los mecanismos de funcionamiento automáticos;

• La Figura 3 muestra una sección transversal parcial del cabezal a 45º según la invención, al que se adapta un mandril motorizado, tras un cambio automático, con la segunda parte girada 180º y el eje del mandril posicionado horizontalmente;

• La Figura 4 muestra una sección transversal del mandril motorizado;

• La Figura 5 es una vista frontal del mandril motorizado que muestra la disposición de los conectores de bloqueo y los conectores de energía hidráulica y eléctrica correspondientes dispuestos en la misma posición que en el mandril mecánico.

En la Figura 1, el número 1 indica un conjunto de dispositivo de cabezal según la invención, montado en una camisa 2, de modo que una primera parte 3 puede girar alrededor de un primer eje identificado por...

1. Dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas, caracterizado porque comprende:

• una primera parte (3) montada, de modo que puede girar alrededor de un primer eje C, sobre un soporte que se mueve a lo largo de un conjunto de tres ejes cartesianos;

• una segunda parte (7) montada en la primera parte (3) de modo que puede girar alrededor de un segundo eje A inclinado en un ángulo de 45º respecto al primer eje C;

• una unidad de mandril intercambiable (11), montada de forma que se puede retirar de la segunda parte (7), con el eje de rotación inclinado en un ángulo de 45º respecto al segundo eje A.

2. Dispositivo de cabezal según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de mandril (11) puede ser un mandril de potencia o un mandril motorizado.

3. Dispositivo de cabezal según la reivindicación 2, caracterizado porque incluye, ubicados dentro de la primera parte (3) y de la segunda parte (7), medios mecánicos (12, 13, 14, 15-16) que transmiten energía a la unidad de mandril (11), y medios (23) diseñados para transmitir energía eléctrica al mandril motorizado.

4. Dispositivo de cabezal según la reivindicación 3, caracterizado porque incluye medios de acoplamiento rápido (21, 24) para asegurar la unidad de mandril a la segunda parte (7).

5. Dispositivo de cabezal según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos medios de acoplamiento rápido están constituidos por una pluralidad de pinzas hidráulicas (24) montadas en la segunda parte (7), que están diseñadas para fijar pasadores (21) de la unidad de mandril.

6. Dispositivo de cabezal según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende:

• un primer árbol (12), montado en la primera parte (3), que es impulsado por un motor ubicado aguas arriba del dispositivo de cabezal;

• un primer engranaje cónico (13) que transmite impulsión a un segundo árbol (14) que está inclinado en un ángulo de 45º respecto al primer árbol (12), y que se extiende desde la primera parte (3) hasta la segunda parte (7);

• un segundo engranaje cónico formado por una primera rueda dentada (15) montada en el segundo árbol (14) y una segunda rueda dentada (16) montada en el husillo del mandril (11);

• ventanas en la estructura de la segunda parte (7) y del mandril (11) en correspondencia con dichas ruedas dentadas (15, 16), de modo que al menos una de ellas sobresalga parcialmente de la ventana de modo que las ruedas dentadas (15 y 16) engranan entre sí cuando el mandril (11) entra en contacto con la segunda parte (7).

7. Dispositivo de cabezal según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, en la pared de la segunda parte (7) que entra en contacto con el mandril (11), una pluralidad de conectores hidráulicos (22) y conectores eléctricos (23), disponiéndose en el mandril (11) correspondientes conectores.

8. Dispositivo de cabezal según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, en la segunda parte (7) y en el mandril (11), pares de anillos con dentados frontales (18) para el posicionamiento de diversas unidades de mandril (11) en la segunda parte (7).

9. Dispositivo de cabezal según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera parte (3) está acoplada a un tren de potencia que comprende un motor eléctrico, con reductor y transmisión correspondiente para controlar la rotación de la segunda parte (7) de modo controlado alrededor del eje A, inclinada en un ángulo de 45º respecto al primer eje C.

10. Dispositivo de cabezal para máquinas herramientas automáticas, caracterizado porque comprende:

• una primera parte (3) montada, de modo que puede girar alrededor de un primer eje C, sobre un soporte que se mueve a lo largo de un conjunto de tres ejes cartesianos;

• una segunda parte (7) montada en la primera parte (3) de modo que puede girar alrededor de un segundo eje A inclinado en un ángulo de 45º respecto al primer eje C;

• una unidad de mandril mecánico (11), intercambiable con un mandril motorizado, montada en la segunda parte (7);

• un tren de impulsión (12, 13, 14 y 15) que, a través de la primera parte (3) y de la segunda parte (4), transmite el impulso de un motor ubicado aguas arriba del cabezal a una rueda dentada cónica (15) que, por una abertura, engrana con una correspondiente rueda dentada cónica (16) montada en el husillo del mandril;

• un par de anillos con dentado frontal (18) montados en la segunda parte (7) y en la unidad de mandril (11) para asegurar el posicionamiento preciso de las mismas entre sí;

• conexiones hidráulicas y eléctricas (22, 23) en las superficies enfrentadas de la segunda parte (7) y la unidad de mandril (11).